Развитие маркшейдерского дела за Рубежом

В истории развития зарубежной маркшейдерии можно выделить пять периодов.

2.1 Первый период Первый начальный период связан с развитием в мире горного дела. В эпоху палеолита люди перешли от собирания камня, который использовался как орудие труда и оружие, к его добыче в породах, выходивших на поверхность, сначала открытыми работами, а позже — подземными. Строительство жилищ побудило людей добывать кроме камня другие горных породы в виде плит. Появились первые подземные горные выработки.

В условиях античного общества и укрепления рабовладельческих отношений вначале был скачок в развитии горного дела, связанный с появлением и распространением железа. В последствии рабство превратилось в преграду техническому развитию. Инструменты в горной промышленности на протяжении многих лет оставались неизменными. Труд рабов, у которых не было недостатка, оставался дешевым. Пр относительно низком уровне развития технических средств античная техника достигла необыкновенного качества своей промышленной продукции. Объясняется это степенью совершенства разделения труда. Античная продукция выходила из рук рабов, а в области художественного ремесла работали свободные ремесленники. Сноровка, накапливаемая из поколения в поколение, развивала у ремесленников необыкновенные способности. К тому же, науки в Древнем Египте достигли больших успехов.

Горные работы в Древнем Египте были широко развиты. Грандиозные постройки Птолемеев и Императоров требовали колоссального количества строительных материалов, драгоценных и полудрагоценных камней.

Древние в совершенстве владели методом прямоугольных координат. Гиппарх составил первые таблицы местоположений крупных населенных пунктов, в которых линии параллелей и меридианов были изображены взаимно перпендикулярными прямыми. Греческий историк Страбон писал, что в 1700 г. До н.э. фараон Сизотрис распорядился всю землю страны разделить на прямоугольники (квадраты). Аналогичный характер геометрии межевания носил в Вавилоне. Линии межевания обычно направляли по полуденной линии — это давало однозначное ориентирование сети. [10, с. 25−26].

Для построения прямых углов использовали инструменты типа земельного креста (в Греции — «звезда»); в Вавилоне и Древнем Египте использовали шнуры с узлами расстояния между которыми образовывали пифагоровы тройки числе 3,4,5; 5,12,13; 7,24,25; 8,15,17., угломерными приборами служили диоптры Гиппарха и Герона Александрийского.

Для нивелирования применяли отвесы и ватерпасы с визирными приспособлениями. Линейные измерения выполняли мерными жезлами, шнурами, тросами и лентами.

Прямоугольная система координат была положена в основу Римского кадастра, она была распространена по всей территории Римской империи. Наличие такой геодезической системы координат облегчало съемку местности, решение военных, административных и хозяйственных задач.

В то время не было разграничений между геодезией и маркшейдерией. Геодезические и маркшейдерские работы выполнялись одними и теми же лицами.

Маркшейдерия в этот период осуществляла ориентирование и съемку горных выработок, нивелирование, контроль за направлением горных работ. Определялись размеры предохранительных целиков, контролировалось их состояние. [10, с. 36−41].

2.2 Второй период Второй период в развитии маркшейдерии (середина XII века) связан с появлением и практическим применением первого горного закона, регламентирующего применение клейма и тем самым деятельность специального лица в горном деле — маркшейдера, наделенного соответствующими контрольными функциями.

Впервые слово Marksheid встречаются в средневековом феодальном законодательстве горного округа Бела — Шемниц (нынешная Словакия) в середине XIII века. Этот закон предусматривал ставить клеймо «Marksheidestempel» при окончании сбойки рудников, устанавливая между ними границу.

На протяжении многих лет наименование этого клейма претерпевало изменения, но всегда символизировало специфическую для горного дела функцию — размежевание под землей соседних выработок. В течении двух столетий у горняков не возникало необходимости передачи этой функции специальному человеку. Горный мастер один осуществлял межевые, измерительные и расчетные работы, связанные с проектированием, строительством, добычей и переработкой полезных ископаемых.

В связи с усложнившимися обязанностями бергмейстера, впервые горный закон регламентирует обязанности установителя межевого знака «stuff» в руднике. В практике горного производства была узаконена специальная должность маркшейдера как присяжного чиновника.

С начала XVI века создается специальная литература по маркшейдерскому делу — сначала брошюры (Кальбе), затем более значительные книги (Агрикола, Рейнгольд, Ресслер, Фойнгель, Югель, Оппель и др.). [3, с. 10−12].

В 1663 г. Рассел (Германия) сконструировал для маркшейдерских съемок — подвесную буссоль (висячий компас). Этот прибор и висячий полукруг вплоть до середины XIX века стали основными маркшейдерскими приборами.

Во второй половине XIX из среды горняков начали выделяться лица, которые специально занимались съемками горных выработок и перенесением с земли в недра границ участков, принадлеживагих владельцам.

Таких горняков начали называть маркшейдерами (Mark — граница, Sheiden — отделять, устанавливать), а круг решаемых вопросов — маркшейдерским искусством. [3, с. 15].

2.3 Третий период Третий период в развитии маркшейдерского дела был обусловлен бурным развитием горного дела (XVIII) и в первую очередь каменноугольной промышленности. Для этого периода характерно изменение функций маркшейдерской службы от контрольных к техническим.

Развитие каменноугольной промышленности было обусловлено истощением лесных богатств и изобретением паровых машин, это вызвало быстрый прогресс в развитии маркшейдерской техники.

В рудной промышленности маркшейдеру в основном приходилось иметь с разровненными участками, радиусом не более 200 метров, поэтому необходимость в новом оборудовании не возникала.

Постоянно обрушающиеся подземные выработки, делавшие недоступными точки прежних съемок, вызывали необходимость повторны съемок, связывавших новые съемки с опорными пунктами на поверхности. Так постепенно совершенствовались ориентирно — соединительные съемки. Развитие горных работ под землей все более и более удаляло исходные точки съемок от передовых забоев, привязка каждой новой точки к начальным пунктам требовала прокладки полигонометрических и нивелирных ходов на большие расстояния. С непрерывным ростом темпов горных работ, становившихся круглосуточными, время для производства съемок ограничивалось до минимума, а требования к точности съемок возрастали. В таких условиях маркшейдерские съемки стали превращаться в очень сложные задачи. Для разрешения их оказалось недостаточными простейшие измерительные приемы и приборы, «накопленные» предыдущим многовековым опытом.

Естественным выходом из положения было обращение к топографии и геодезии, сделавших к концу века большие успехи под влиянием развития математики и астрономии.

Возникла необходимость замены примитивных угломерных приборов на более совершенные геодезические теодолиты и нивелиры, элементарные методы обработки дополнить аналитическими. [3, с. 40−43].

2.4 Четвертый период Четвертый период в развитии маркшейдерии (середина XIX века) характеризуется широким привлечением к проведению маркшейдерских работ геодезических приборов и методов. Научной основой этого периода явились работы Юлиуса Вейсбаха.

Недостаток знаний старых маркшейдеров не мог, конечно, остановить развитие горного дела. Сознание необходимости привлечения геодезии и геодезических методов к производству маркшейдерских работ постепенно проникало в умы маркшейдеров и получило свое оформление в 50-х годах XIX века благодаря деятельности геодезистамаркшейдера Юлиуса Вейсбаха, профессора Фрейбергской горной академии.

Вейсбаховская маркшейдерия — это поворотный пункт в истории развития маркшейдерии. «Новое маркшейдерское искусство» Ю. Вейсбаха, опубликованное в 1851 и 1859 гг., получило широкое распространение и практическое применение в горно-рудном производстве Европы, Америки и ряда других стран. Классические работы Ю. Вейсбаха окончательно признали равноценными как наземную, так и подземную часть маркшейдерии.

Неизбежность внедрения вейсбаховской маркшейдерии требовала введения единых систем координат для горно-рудных районов; более надежной связи глубоких горизонтов с земной поверхностью; замены громоздких и тяжелых измерительных приборов на более точные, портативные и легкие; подготовки высококвалифицированных кадров горных инженеров-маркшейдеров, в должной мере овладевших циклом астрономо-геодезических и математических наук. [9, с. 56−58].

Начало практического применения теодолита в горном деле относится к первой половине XIX века. Приоритет в создании горного теодолита и в разработке его применения принадлежит русским маркшейдерам (П.А. Олышев). Несколько позже, хотя и независимо, горный теодолит и методика подземной теодолитной съемки были разработаны в Германии (Ю. Вейсбах), где маркшейдерское дело получило наибольшее развитие.

С середины XIX в. начались первые опыты по применению фотографических изображений для составления архитектурных чертежей и позднее для наземной фототопографической съемки, связанные с именем французского инженера Э. Лосседа, который в 1859 г. построил фотосъемочный аппарат, явившийся предшественником современных фототеодолитов. [3, с. 103−105].

Крупным событием в истории развития фотограмметрии явилось изобретение К. Пульфрихом в 1901 г. стереокомпаратора — прибора для измерений фотоснимков. Пульфрих предложил использовать для фотограмметрических измерений принцип стереоскопического зрения. Несколько позже на базе стереокомпаратора был создан первый универсальный стереофотограмметрический прибор наземной фотограмметрии — стереоавтограф, позволивший резко сократить объем вычислительных работ при построении планов по наземным фотоснимкам. С появлением этого прибора стало возможным непрерывное автоматическое про-ведение горизонталей на плане путем измерения стереоскопической модели сфотографированной местности.

Параллельно с усовершенствованием маркшейдерских инструментов разрабатывалась методика маркшейдерских работ и проводились исследования в области оценки точности маркшейдерских съемок.

В связи с возрастанием глубины шахт особую актуальность в начале XX в. приобрел вопрос отклонения шахтных отвесов под влиянием воздушной струи. После изучения этого вопроса специальной комиссией Союза немецких маркшейдеров (1913 г.) и производства опытных ориентировок на одной из шахт Пржибрама глубиной 1090 м профессор Фрейбергской горной академии Вильский выдвинул гипотезу о винтообразном характере движения воздушной струи в шахтном стволе и разработал теорию многогрузового проектирования. Однако гипотеза Вильского о движении воздуха в стволе оказалась спорной, и в 1934 г. Друмм выдвинул новую гипотезу отклонения шахтного отвеса. Вопрос оставался неясным до проведения обстоятельных исследований в СССР в 1936—1939 и в 1949—1950 гг., в результат которых была убедительно доказана несостоятельность гипотезы Вильского. [12, с. 46−49].

2.5 Пятый период Пятый (современный) период в развитии маркшейдерии, относящийся к XX в., характеризуется интенсивным применением в маркшейдерии достижений физики и химии, приборов, оснащенных лазерной и гироскопической техникой, широким внедрением спутниковых технологий.

Параллельно с исследованиями геометрических и магнитных способов ориентировки в первой половине XX в. начинаются изыскания по применению гироскопических и оптических приборов.

Начиная со второй половины XIX в. большое внимание в Германии, Англии, Франции, Бельгии, других развитых странах уделяется вопросам сдвижения горных пород и ох-раны сооружений от вредного влияния горных разработок. К концу XIX в. в зарубежной литературе по этим вопросам было опубликовано около 150 работ. Наиболее полные и обстоятельные инструментальные наблюдения за сдвижением горных пород в конце XIX в. были проведены на угольных шахтах Дортмундского горного управления (Вестфалия). Эти наблюдения стали основой для Дортмундских правил расчета охранных целиков, пользовавшихся в свое время большой популярностью. [6, с. 12].

Наряду с наблюдениями в шахтных условиях производится изучение сдвижений и деформаций горных пород путем моделирования процессов, протекающих в подработан-ной толще, в лабораторных условиях.

Впервые в примитивном виде моделирование было применено Файолем в 70-х годах XIX столетия. В 1931 — 1938 гг. опубликованы первые результаты изучения деформации горных пород на центробежных установках Крупнейший Международный конгресс по маркшейдерскому делу прошел в 1988 г. в Ленинграде. В нем приняло участие свыше 2500 специалистов из всех стран мира. [12, с. 20−22].